Força Elástica e Força Peso: Fórmula e exercícios resolvidos

Fala, pessoal, tudo bem?

Neste post, vamos falar de dois assuntos: força elástica e força peso. Vamos ver um pouco da teoria por trás desses dois conceitos e também algumas das contas que temos que fazer nas questões de Física que cobram esses conteúdos. Acompanhe!

Força peso

Peso de um corpo é a força gravitacional exercida sobre ele. Em outras palavras, podemos afirmar que peso é a mesma coisa que força da gravidade (P = Fg). Importante ter em mente que o peso de um corpo é sempre perpendicular ao solo do planeta que o atrai. É fundamental lembrarmos disso na hora de desenharmos as forças que são exercidas sobre um corpo qualquer.

Para calcularmos o peso de um corpo, o primeiro passo é não confundirmos com o termo que utilizamos no dia a dia, isto é, na Física, peso (que é uma força) não é a mesma coisa que massa (que é a quantidade de matéria que compõe o corpo). Por exemplo: se sairmos da Terra e irmos para outro planeta, nossa massa permanecerá a mesma; o que mudará é nosso peso.

A fórmula que vamos utilizar para calcular o peso é a seguinte:

P = m . g

m: massa, medida em kg

g: aceleração da gravidade, medida em m/s2

Importante: além de medir o peso em newtons, também podemos medi-lo em quilograma-força (kgf). Nesse caso, o peso terá o mesmo número que a massa. Por exemplo: um corpo de massa igual a 10kg terá peso igual a 10 kgf.

Força elástica

A força elástica é aquela que atua, por exemplo, em uma mola. Quando uma mola é esticada, isso significa que um operador atuou sobre ela (Fop). Assim, a força elástica vai depender da elongação que a mola sofreu a partir dessa atuação (Δx) Como podemos ver na figura abaixo, a força elástica aparece no sentido contrário à força do operador:

Vale notar que as molas não são todas iguais, e obedecem à chamada Lei de Hooke, que nos traz a seguinte fórmula:

Fel = k . Δx

k: constante elástica da mola, medida em N/m (ou seja, demonstra a força necessária para alongá-la em um metro)

Δx: elongação da mola, medida em metros (m)

Quando falamos de força elástica, é comum nos depararmos com um gráfico, que traz a relação entre a força elástica (Fel) e a elongação da mola (Δx). Note que a fórmula nos mostra que se trata de uma equação de primeiro grau, ou seja, teremos uma reta. E mais: as duas grandezas são diretamente proporcionais; se uma dobrar de valor, o mesmo acontecerá com a outra. Veja:

Repare que, como temos essas duas grandezas em mãos, nós podemos calcular a constante elástica da mola. Para isso, basta invertermos a fórmula:

Veja em nosso exemplo no gráfico que usar essa fórmula corresponde a pegarmos a tangente do ângulo que se formou entre o eixo x e a reta. Isso porque já temos o cateto oposto (Fel) e o cateto adjacente (Δx). Portanto, podemos afirmar que a constante elástica da mola é igual à tangente do ângulo da mola: k = tgθ.

Balança e dinamômetro

Ao contrário do que você possa estar pensando, as balanças não medem nem o peso nem a massa do que colocamos sobre ela, e sim a força que é recebida por ela. Assim, quando a balança está parada e colocamos um corpo sobre ela, a balança troca com o corpo uma força normal (N), pois ele já exerce um peso (P) orientado para baixo. Portanto, o que a balança mostra é a força normal, e não o peso.

Quando o sistema está em equilíbrio e força normal é igual ao peso (o que nem sempre acontece!), a balança faz uma divisão por 10 (mais precisamente 9,8) para indicar a massa do corpo. Por exemplo: se uma balança mede N = 2 N, isso significa, nesse sistema equilibrado, que o P = 2 N. Portanto, na Terra, m = 0,2 kg ou 200 g.

Já no dinamômetro temos uma situação um pouco diferente, pois ele utiliza molas. Assim como a balança, ele não mede nem o peso e nem a massa do corpo, mas a força elástica Veja a imagem:

Repare que, ao pendurar um objeto na mola do aparelho, temos uma elongação (Δx). Quando esse sistema estiver em equilíbrio, portanto, a força elástica (Fel) será igual ao peso do corpo (P). Exemplo: se Fel = 30 N, isso significa que P = 30 N, então m = 3 kg.

Exercício de força elástica

O sistema da figura é formado por um bloco de 80 kg e duas molas de massas desprezíveis associadas em paralelo, de mesma constante elástica. A força horizontal F mantém o corpo em equilíbrio estático, a deformação elástica do sistema de molas é 20 cm e a aceleração da gravidade local tem módulo 10 m/s2. Então, é correto afirmar que a constante elástica de cada mola vale, em N/cm:

a) 10

b) 20

c) 40

d) 60

e) 80

RESOLUÇÃO

O enunciado nos diz que o sistema está em equilíbrio. Isso significa que a força resultante deve ser nula (FR = 0). Portanto, o peso (P) do corpo tem que ser cancelado por duas forças elásticas, já que temos duas molas. Como as molas são iguai, temos que:

Fel + Fel = P

2 . k . Δx = m . g

2 . k . 0, 2 = 80 . 10

k = 2000 N/m

k = 20 N/cm

RESPOSTA: B

Espero que você tenha entendido um pouco melhor sobre peso e força elástica. E se quiser ajuda para melhorar seu nível de Física em outras matérias, entre em contato comigo e escolha o curso de Física mais adequado para você!

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